EP2769393A1 - Elektronische steuereinrichtung zur steuerung von aktuatoren - Google Patents
Elektronische steuereinrichtung zur steuerung von aktuatorenInfo
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- EP2769393A1 EP2769393A1 EP12766019.9A EP12766019A EP2769393A1 EP 2769393 A1 EP2769393 A1 EP 2769393A1 EP 12766019 A EP12766019 A EP 12766019A EP 2769393 A1 EP2769393 A1 EP 2769393A1
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Definitions
- Electronic control device for controlling actuators
- the invention relates to an electronic control device for controlling rotationally arranged actuators and the use of the electronic control device.
- a switching device each comprises an electric actuator, which is arranged rotationally fixed in the countershaft.
- the actuators rotating with the countershaft receive their electrical energy and signals without contact via a so-called rotary transformer.
- the rotary transformer is an inductive transmission device, which is a kind of transformer, in which a stationary or housing-fixed coil (primary winding) with a rotating, arranged on the countershaft coil (secondary coil) interacts inductively.
- the electronic control device comprises a plurality of electronic components, in particular a device for contactless reception of electrical energy and signals, a device for generating Magnetic fields and a common housing, which encloses the electronic components.
- the control device is designed as a rotatable, closed structural unit (module), which can be mounted on a rotating component or installed in a rotating component.
- the electrical energy transfer is preferably carried out on an inductive basis via a stationary and a rotating part of the transmission device, which forms a first interface.
- the at least one actuator is electromagnetically operable and is in operative connection with the device for generating magnetic fields.
- a second interface of the electronic control device is formed, via which the actuators can be activated without contact.
- the at least one actuator comprises a hydraulic or pneumatic valve, i. H.
- the actuator is suitable for controlling different media. This can be z. B. be advantageous if one or the other form of energy is "free" available, such as compressed air in commercial vehicles.
- the actuators comprise a rotating or a translatory drive. If the valve has a valve spindle, the valve spindle is rotated by the electric drive. In the case of a valve tappet, a translatory drive is effected by a magnet coil and a magnet armature.
- the rotating component is designed as a function carrier which receives the actuators at least partially.
- the function carrier acts as a valve housing, which essentially accommodates the valve part or the mechanical part of the actuator.
- the function carrier having a plurality of valves is the subject of an application filed at the same time by the Applicant entitled "Actuator” and having the internal reference ZF 003894, which is hereby incorporated in full in the disclosure of the present application.
- the housing of the electronic control device on hollow cylindrical actuator housings, which are distributed over the circumference and record the actuators, in particular their electric drives. By the actuator housing, the actuators are positioned and fixed with respect to the housing and also aligned with respect to the function carrier.
- the actuator housing separate the non-pressurized interior of the housing from the valve chamber, which is filled with a pressure medium.
- the housing of the electronic module on an end wall, which is designed as an interface to the adjacent function carrier.
- the end wall is open in the area of the actuators so that the positioning movements can be transmitted directly to the function carrier.
- the actuators are partially arranged, in particular with their drive in the electronic module and partially, in particular with their valve area in the function carrier.
- the end wall on connecting pieces which are distributed over the circumference and arranged coaxially to the Aktuatorgeophusen. The latter are thus extended beyond the end wall to the outside and engage in corresponding holes in the function carrier.
- the housing is centered relative to the function carrier and aligned in the circumferential direction.
- the actuator housing each form a fillable with gear oil space, which extends axially parallel in the function carrier.
- the oil-filled room are the moving, d. H.
- rotatable or longitudinally displaceable parts of the actuator which are thus lapped by oil.
- the movable valve parts experience in the oil buoyancy, which reduces or compensates for the centrifugal force occurring during operation on the valve parts.
- electric motors are arranged coaxially with the actuator housings, wherein the housing wall is located between the outer stator part and the inner rotor part.
- the magnetic field of the stator is thus transmitted through the wall of the actuator housing to the rotor.
- a magnet coil is provided outside the actuator housing and a magnet armature is provided inside the actuator housing, which actuates a valve tappet with a closing element. Again, so the magnetic field is transmitted through the actuator housing.
- the moving parts of the actuator are arranged floating in transmission oil. This ensures that the moving valve parts such as valve spindle, valve tappet and armature shaft experience a buoyancy, which at least partially compensates the centrifugal force. Thus, the movable parts despite rotation of the function carrier are movable without much resistance.
- the average density of the moving parts is approximated to the average density of the hydraulic fluid, preferably a hydraulic or gear oil.
- This can be achieved for example by hollow construction (anchor hollow shaft) or lightweight construction (plastic or light metal materials).
- the device for energy transmission comprises a secondary coil, which is arranged in the rotating housing.
- the secondary coil is arranged in the region of the inner or the outer diameter of the annular housing and cooperates inductively with a primary coil arranged fixed to the housing, so that contactless energy transmission and bidirectional signal transmission are possible.
- the electronic control device is associated with rotating, signal-generating sensors. This makes it possible for the control device to be supplied with sensor information and processed by it.
- the electronic control device has a device for non-contact reception of the signals for the sensors. on.
- the sensor information can thus be supplied contactlessly via the second interface of the electronic control device.
- the sensors comprise path measuring devices. This can z. B. a decreasing switching force detected by a displacement measurement of the annular piston and the control device are supplied as a deviation from the actual value.
- the housing of the electronic module is designed as a ring cylinder with a closed annular space, wherein the annular space receives electrical parts of the actuators and sensors and other electronic components and is pourable with a potting compound.
- the electronic module thereby becomes a massive block and is thus able to absorb the centrifugal forces acting during operation.
- further measures to reinforce the structure of the housing are possible, for. B. a bandaging of the outer periphery of the housing.
- the potting compound may preferably contain fibers such as carbon fibers or glass fibers to increase the strength.
- the electronic control device described above is preferably used in a transmission, in particular an automatic transmission for motor vehicles.
- a transmission in particular an automatic transmission for motor vehicles.
- FIG. 1 shows an inventive electronic module with an actuator, connected to a function carrier on a transmission shaft
- 4 shows a carrier plate of the electronic module with stators of electron motors
- 5 shows the housing of the electronic module without carrier plate
- FIG. 7 shows a diagram for the energy and signal flow of the rotating electronic module.
- Fig. 1 shows a section of an automatic transmission of a motor vehicle: On a transmission shaft 1 designed as a function carrier 2 rotating component with a rotation axis a is arranged rotatably. With the function carrier 2, a total of three switching elements are connected, namely a first multi-plate clutch 3, a second multi-plate clutch 4 and a dog clutch 5.
- the switching elements 3, 4, 5 are hydraulically actuated switching devices, designed as piston / cylinder units 6, 7, 8 assigned ,
- the switching devices 6, 7 each have an annular ring cylinder designed as a pressure chamber 6a, 7a, which are arranged in the function carrier 2.
- the switching elements 3, 4, 5 are the drive side connected by a common combined slats / claw carrier 9, the raclamellenlement 9a with respect to the first multi-plate clutch 9 with respect to the second multi-plate clutch 4 as inner disc carrier 9a and with respect to the dog clutch 5 as a claw carrier 9c.
- the output side of the first multi-plate clutch 3 has an inner disk carrier 3a, which is connected to a cylindrical output member 10.
- the dog clutch 5 is connected to a further cylindrical output member 1 1.
- the second multi-plate clutch 4 has an outer plate carrier 4a, which forms the third output member 12.
- the first multi-plate clutch 3 is actuated via a first annular piston 13, and the second multi-disk clutch 4 is actuated via a second annular piston 14, while the dog clutch 5 is actuated via a plurality of switching arms 15 arranged on the circumference of the functional carrier 2.
- the combined slats / jaws carrier 9 is fixedly connected to the function carrier 2 via a connecting element 1 6, so that the drive sides of the three switching elements 3, 4, 5 are connected via the function carrier 2 with the transmission shaft 1.
- the function carrier 2 is thus also a carrier of the switching elements 3, 4, 5.
- a shut-off valve 17 which controls the supply of pressure oil to the pressure chamber 7a of the switching device 7.
- a so-called Drehölzut- tion 19 is provided, ie the pressure oil is passed from a housing-fixed channel 20 in an annular groove 21 in the gear shaft 1. From there, the pressure oil passes through a radial bore 22, an axial bore 23 and a further radial bore 24 in an oil passage 25 of the function carrier 2 and from there into the shut-off valve 17. From the shut-off valve 17, a pressure oil passage 26 leads into the pressure chamber 7a.
- each switching device 6, 7, 8 is equipped with a shut-off valve.
- the shut-off valve 17 is electrically operated, in the illustrated embodiment by an electric motor 27, which is in an electronic control device 28, also called electronic module 28, is arranged.
- the shut-off valve 17 in conjunction with the electric motor 27 forms an actuator, also called actuator.
- the shut-off valve 17 has a rotary spindle 17a and a valve closing member 17b connected to it via a movement thread.
- the rotary spindle 17a is connected to a hollow shaft 17c on which an armature of the electric motor 27 not provided with a reference numeral is disposed.
- the rotary spindle 17a and the hollow shaft 17c are subject to a centrifugal force effect at rotating function carrier 2, which can be compensated at least partially by the buoyancy of the pressure oil.
- the moving parts of the actuator d. H.
- the electronic module 28 in particular the electric motor 27 receives its electrical energy and its signals for closing and opening the shut-off valve 17 on an inductive basis: for this purpose, a primary coil 29 in the transmission housing 18 and on the other hand, a secondary coil 30 in the electronic module 28 are arranged on the one hand. Further details of the electronic module 28 according to the invention will be explained in connection with the description of FIGS. 3-7.
- FIG. 2 shows a further axial section through the function carrier 2 and the switching elements 3, 4 (the same reference numerals as in FIG. 1 are used for the same parts).
- a non-contact path measuring device 43 arranged, which works, for example, according to the method of a D iff eren zi al tran sf rorm ato rs.
- the displacement measuring device 43 comprises a donor pin 44 fastened to the annular piston 13 of the switching element 3 and a receiver part 45 arranged on the electronic module 28 and cup-shaped in which the donor pin 44 dips without contact.
- Several such path measuring devices can be arranged on the circumference of the electronic module 28. Likewise, pressure and / or force sensors can be provided.
- Fig. 3 shows the electronic module 28 as a separate unit in perspective view, with two shut-off valves, the shut-off valve 17 shown in Fig. 1 and another identical shut-off valve 38 are shown in section.
- the electronics module 28 has a ring-shaped housing 39 which is closed by a lid 40, to the outside Shen. Within the housing, the stator of the electric motor 27 is arranged (same reference numerals as in Fig. 1 are used for the same parts).
- connecting pieces 41 are integrally formed, via which the electronic module 28 is connected to the body 2a of the function carrier 2 (see FIG. At the same time there is a seal of the oil chamber in the body 2a of the function carrier 2 by O-rings 42.
- shut-off valves In the drawing, four shut-off valves, two with the reference numbers 17, 38 and two others without reference numbers can be seen. Overall, therefore, six shut-off valves can be arranged on the circumference of the electronic module 28.
- the rotary spindle 17a and the hollow shaft 17c run in the oil chamber: on the one hand, they are subject to a centrifugal force effect and, on the other hand, experience a buoyancy counteracting the centrifugal force, which is determined by the weight of the displaced oil quantity.
- the armature shaft 17c In order to achieve a substantial compensation of the centrifugal force effect, the armature shaft 17c is hollow.
- materials with a low specific weight are preferably used in order to keep the centrifugal force effect low.
- the hollow shaft 17c is mounted twice.
- the electric motor 27 for generating a rotational movement and a magnet in conjunction with a valve lifter may be used in the manner of a solenoid valve.
- the translational movement of the valve stem is then transmitted directly to the closing member.
- the transmission of electrical energy takes place on an inductive basis: for this purpose, the secondary winding 30 is disposed within the electronic module 28 in the radially inner region, which with the here not shown primary winding (see Fig. 1) is in operative connection.
- a circuit board 57 is shown on the side of the connecting piece 41. The board serves the electrical connection of the components with each other. In addition, the board is used to position the parts to each other, especially until they are shed in the housing.
- the electronic module and the function carrier can also be equipped with other actuators, for.
- electrically controllable cooling and lubricating oil valves as it is the subject of an application filed at the same time by the applicant with the internal file number ZF 003895, which is fully included in the disclosure of the present application.
- Fig. 4 shows an electronic board 57, which serves as a carrier for the station of the electric motors, the secondary coil, and other electronic components not shown here.
- Fig. 5 shows the housing 39 of the electronic module 38 without the cover 40.
- the housing 39 has the shape of an open annular cylinder, which is formed by an end wall 39a, an outer cylinder wall 39b and an inner cylinder wall 39c.
- cup-shaped actuator housing 50 are formed, which are arranged coaxially to the outwardly projecting from the end wall 39a connecting piece 41.
- the housing 39 with actuator housings 50 and connecting piece 41 is preferably produced in one piece as a cast part, in particular as a plastic injection part, preferably using fibers reinforced plastic.
- the housing 39, in particular the outer cylinder wall 39b can be reinforced by a bandage, not shown, for receiving the centrifugal forces.
- the interior of the housing 39 is filled by a potting compound, preferably a fiber-reinforced plastic.
- the electronic components are fixed and held in the housing 39.
- the actuator housing 50 is sealed from the annular interior of the housing 39.
- FIG. 6 shows the housing 39, completed with the carrier disk 40 according to FIG. 4.
- the actuator housings 50 pass through the stator 27a of the electric motor 27, wherein the wall thickness in the region of the magnetic field is relatively thin.
- the ring- However, the space in which the stators 27 a are located is hermetically sealed against the interior of the actuator housing 50. In general, all electronic components are enclosed by the housing 39 and are thus separated from the hydraulic or pneumatic pressure chambers.
- FIG. 7 shows a schematic representation of the energy and signal transmission to and from the rotating electronic control device 28, also called electronic module 28.
- the rotating electronic control device 28 is assigned a housing-fixed electronic control unit 52, which is connected via lines 52a to the electrical system of the motor vehicle.
- a transmission device for contactless energy transmission comprises a first primary coil 53 fixed to the housing and a first secondary coil 54 rotating with the electronic control device 28.
- the primary coil 53 and the secondary coil 54 form a first interface S1 between transmitting and receiving device on a preferably inductive basis.
- a co-rotating, electromagnetically controllable actuator 55 receives signals and electrical energy from a transmitter configured as a second primary coil 55a, and also mitrot Schlierender sensor 56 sends signals to a receiving device 56a of the electronic control device 28.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine elektronische Steuereinrichtung (28) zur Steuerung von zumindest einem rotierend angeordneten Aktuator, umfassend elektronische Komponenten wie eine Einrichtung (30) zum berührungslosen Empfang von elektrischer Energie und zum berührungslosen Empfang von Signalen, eine Einrichtung (27a) zur Erzeugung von Magnetfeldern und ein gemeinsames Gehäuse (39), welches die elektronischen Komponenten (27a, 30) umschließt und in sich aufnimmt, wobei die Steuereinrichtung (28) rotierfähig und zum Anbau an oder in ein um eine Rotationsachse (a) rotierendes Bauteil ausgebildet ist.
Description
Elektronische Steuereinrichtung zur Steuerung von Aktuatoren
Die Erfindung betrifft eine elektronische Steuereinrichtung zur Steuerung von rotierend angeordneten Aktuatoren sowie die Verwendung der elektronischen Steuereinrichtung.
Durch die WO 2008/046737 A1 der Anmelderin wurde ein Schaltgetriebe mit Zuschalteinrichtungen zum Schalten von Gängen bekannt, wobei Losräder auf einer Vorgelegewelle über eine Spindel/Mutter-Anordnung zuschaltbar sind. Eine Zuschalteinrichtung umfasst jeweils einen elektrischen Aktuator, der drehfest in der Vorgelegewelle angeordnet ist. Die mit der Vorgelegewelle rotierenden Aktuatoren empfangen ihre elektrische Energie und Signale berührungslos über einen so genannten Drehübertrager. Der Drehübertrager ist eine induktive Übertragungseinrichtung, welche eine Art Transformator darstellt, bei dem eine orts- bzw. gehäusefeste Spule (Primärwicklung) mit einer rotierenden, auf der Vorgelegewelle angeordneten Spule (Sekundärspule) induktiv zusammenwirkt.
Durch die WO 2009/1 12340 A1 der Anmelderin wurde ein Doppelkupplungsgetriebe mit Zuschalteinrichtungen in Form von Aktuatoren bekannt, welche in einer Vorgelegewelle koaxial und hintereinander angeordnet sind und auf der Vorgelegewelle angeordnete Schalteinrichtungen axial verschieben. Die mit der Vorgelegewelle rotierenden Aktuatoren erhalten ihre elektrische Energie berührungslos von einer gehäusefesten Energiequelle über eine induktive Drehübertragungseinrichtung.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Komponenten einer elektronischen Steuereinrichtung für Aktuatoren kompakt und funktionsgerecht anzuordnen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die unabhängigen Ansprüche 1 und 21 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß umfasst die elektronische Steuereinrichtung eine Vielzahl von elektronischen Komponenten, insbesondere eine Einrichtung zum berührungslosen Empfang von elektrischer Energie und Signalen, eine Einrichtung zur Erzeugung von
Magnetfeldern und ein gemeinsames Gehäuse, welches die elektronischen Komponenten umschließt. Die Steuereinrichtung ist als rotierfähige, geschlossene Baueinheit (Modul) ausgebildet, welche an ein rotierendes Bauteil angebaut oder in ein rotierendes Bauteil eingebaut werden kann. Die elektrische Energieübertragung erfolgt vorzugsweise auf induktiver Basis über einen ortsfesten und einen rotierenden Teil der Übertragungseinrichtung, welche eine erste Schnittstelle bildet.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der mindestens eine Aktuator elektromagnetisch betätigbar und steht mit der Einrichtung zur Erzeugung von Magnetfeldern in Wirkverbindung. Damit wird eine zweite Schnittstelle der elektronischen Steuereinrichtung gebildet, über welche die Aktuatoren berührungslos aktivierbar sind.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der mindestens eine Aktuator ein hydraulisches oder pneumatisches Ventil, d. h. der Aktuator ist zur Steuerung von unterschiedlichen Medien geeignet. Dies kann z. B. dann von Vorteil sein, wenn die eine oder die andere Energieform„kostenlos" zur Verfügung steht, wie beispielsweise Druckluft in Nutzfahrzeugen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfassen die Aktuatoren einen rotierenden oder einen translatorischen Antrieb. Weist das Ventil eine Ventilspindel auf, so wird die Ventilspindel durch den elektrischen Antrieb in Drehungen versetzt. Bei einem Ventilstößel erfolgt ein translatorischer Antrieb durch eine Magnetspule und einen Magnetanker.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das rotierende Bauteil als Funktionsträger ausgebildet, welcher die Aktuatoren zumindest teilweise aufnimmt. Der Funktionsträger fungiert hierbei als Ventilgehäuse, welches im Wesentlichen den Ventilteil oder den mechanischen Teil des Aktuators aufnimmt. Der Funktionsträger, der eine Mehrzahl von Ventilen aufweist, ist Gegenstand einer zeitgleich von der Anmelderin eingereichten Anmeldung mit dem Titel„Betätigungseinrichtung" und mit dem internen Aktenzeichen ZF 003894, die hiermit in vollem Umfang in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung einbezogen wird.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Gehäuse der elektronischen Steuereinrichtung hohlzylinderförmige Aktuatorengehäuse auf, die über den Umfang verteilt sind und die Aktuatoren, insbesondere deren elektrische Antriebe aufnehmen. Durch die Aktuatorengehäuse werden die Aktuatoren in Bezug auf das Gehäuse positioniert und fixiert und auch im Hinblick auf den Funktionsträger ausgerichtet. Die Aktuatorengehäuse trennen den drucklosen Innenraum des Gehäuses vom Ventilraum, welcher mit einem Druckmedium gefüllt ist.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Gehäuse des Elektronikmoduls eine Stirnwand auf, die als Schnittstelle zu dem benachbarten Funktionsträger ausgebildet ist. Die Stirnwand ist im Bereich der Aktuatoren offen, sodass die Stellbewegungen direkt in den Funktionsträger übertragen werden können. Die Aktuatoren sind teilweise, insbesondere mit ihrem Antrieb im Elektronikmodul und teilweise, insbesondere mit ihrem Ventilbereich im Funktionsträger angeordnet.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Stirnwand Anschlussstutzen auf, die über den Umfang verteilt und koaxial zu den Aktuatorgehäusen angeordnet sind. Letztere sind somit über die Stirnwand nach außen verlängert und greifen in entsprechende Bohrungen im Funktionsträger ein. Damit wird das Gehäuse gegenüber dem Funktionsträger zentriert und in Umfangsrichtung ausgerichtet.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bilden die Aktuatorgehäuse jeweils einen mit Getriebeöl befüllbaren Raum, der sich achsparallel in den Funktionsträger erstreckt. In dem mit Öl gefüllten Raum befinden sich die beweglichen, d. h.
drehbaren oder längs verschiebbaren Teile des Aktuators, die somit von Öl umspült sind. Die beweglichen Ventilteile erfahren im Öl einen Auftrieb, welcher die im Betrieb auftretende Fliehkraft auf die Ventilteile reduziert oder kompensiert.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind koaxial zu den Aktuatorgehäusen Elektromotoren angeordnet, wobei sich zwischen dem äußeren Statorteil und dem inneren Rotorteil die Gehäusewand befindet. Das magnetische Feld des Stators wird also durch die Wand des Aktuatorgehäuses auf den Rotor übertragen. Damit sind die beweglichen und im Öl laufenden Aktuatorteile nach außen abgeschlossen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind außerhalb des Aktuator- gehäuses eine Magnetspule und innerhalb des Aktuatorgehäuses ein Magnetanker vorgesehen, welcher einen Ventilstößel mit einem Schließglied betätigt. Auch hier wird also das Magnetfeld durch das Aktuatorgehäuse übertragen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die beweglichen Teile des Aktuators schwimmend in Getriebeöl angeordnet. Damit wird erreicht, dass die beweglichen Ventilteile wie Ventilspindel, Ventilstößel und Ankerwelle einen Auftrieb erfahren, welcher die Fliehkraft zumindest teilweise kompensiert. Damit sind die beweglichen Teile trotz Rotation des Funktionsträgers ohne größeren Widerstand bewegbar.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die mittlere Dichte der beweglichen Teile an die mittlere Dichte der Hydraulikflüssigkeit, vorzugsweise ein Hydraulik- oder Getriebeöl angenähert. Dies kann beispielsweise durch Hohlbauweise (Ankerhohlwelle) oder Leichtbauweise (Kunststoff- oder Leichtmetallwerkstoffe) erreicht werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Einrichtung zur Energieübertragung eine Sekundärspule, welche im rotierenden Gehäuse angeordnet ist. Bevorzugt ist die Sekundärspule im Bereich des inneren oder des äußeren Durchmessers des ringförmigen Gehäuses angeordnet und wirkt mit einer gehäusefest angeordneten Primärspule induktiv zusammen, sodass eine berührungslose Energieübertragung und eine bidirektionale Signalübertragung möglich sind.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind der elektronischen Steuereinrichtung rotierend angeordnete, Signale erzeugende Sensoren zugeordnet. Damit ist es möglich, dass der Steuereinrichtung Sensorinformationen zugeführt und von dieser verarbeitet werden können.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die elektronische Steuereinrichtung eine Einrichtung zum berührungslosen Empfang der Signale für die Sen-
soren auf. Die Sensorinformationen können somit über die zweite Schnittstelle der elektronischen Steuereinrichtung berührungslos zugeführt werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfassen die Sensoren Wegmesseinrichtungen. Damit kann z. B. eine nachlassende Schaltkraft durch eine Wegmessung des Ringkolbens erfasst und der Steuereinrichtung als Abweichung vom Ist-Wert zugeführt werden.
Nach weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist das Gehäuse des Elektronikmoduls als Ringzylinder mit einem geschlossenen Ringraum ausgebildet, wobei der Ringraum elektrische Teile der Aktuatoren und Sensoren sowie weitere elektronische Komponenten aufnimmt und mit einer Vergussmasse ausgießbar ist. Das Elektronikmodul wird dadurch zu einem massiven Block und ist somit in der Lage, die im Betrieb wirkenden Fliehkräfte aufzunehmen. Zusätzlich oder alternativ sind weitere Maßnahmen zur Verstärkung der Struktur des Gehäuses möglich, z. B. eine Bandagierung des Außenumfanges des Gehäuses. Die Vergussmasse kann bevorzugt Fasern wie Kohlefasern oder Glasfasern zur Erhöhung der Festigkeit enthalten.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die oben beschriebene elektronische Steuereinrichtung bevorzugt in einem Getriebe, insbesondere einem Automatgetriebe für Kraftfahrzeuge verwendet. Damit wird der Vorteil erreicht, dass der Gesamtwirkungsgrad des Getriebes aufgrund reibungsloser Energieübertragung für die rotierenden Aktuatoren verbessert wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Elektronikmodul mit einem Aktuator, verbunden mit einem Funktionsträger auf einer Getriebewelle,
Fig. 2 das Elektronikmodul mit einer Wegmesseinrichtung,
Fig. 3 das Elektronikmodul als vormontierte Baueinheit,
Fig. 4 eine Trägerplatte des Elektronikmoduls mit Statoren von Elektronmotoren,
Fig. 5 das Gehäuse des Elektronikmoduls ohne Trägerplatte,
Fig. 6 das Elektronikmodul ohne Aktuatoren und
Fig. 7 ein Schema für den Energie- und Signalfluss des rotierenden Elektronikmoduls.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Automatgetriebe eines Kraftfahrzeuges: Auf einer Getriebewelle 1 ist ein als Funktionsträger 2 ausgebildetes rotierendes Bauteil mit einer Rotationsachse a drehfest angeordnet. Mit dem Funktionsträger 2 sind insgesamt drei Schaltelemente verbunden, nämlich eine erste Lamellenkupplung 3, eine zweite Lamellenkupplung 4 sowie eine Klauenkupplung 5. Den Schaltelementen 3, 4, 5 sind hydraulisch betätigbare Schalteinrichtungen, ausgebildet als Kolben/Zylinder- Einheiten 6, 7, 8 zugeordnet. Die Schalteinrichtungen 6, 7 weisen jeweils einen ringförmigen als Druckraum 6a, 7a ausgebildeten Ringzylinder auf, welche im Funktionsträger 2 angeordnet sind. Die Schaltelemente 3, 4, 5 sind antriebseitig durch einen gemeinsamen kombinierten Lamellen/Klauen-Träger 9 verbunden, der bezüglich der ersten Lamellenkupplung 9 als Au ßenlamellenträger 9a bezüglich der zweiten Lamellenkupplung 4 als Innenlamellenträger 9a und bezüglich der Klauenkupplung 5 als Klauenträger 9c ausgebildet ist. Die Abtriebsseite der ersten Lamellenkupplung 3 weist einen Innenlamellenträger 3a auf, der mit einem zylinderförmigen Abtriebsglied 10 verbunden ist. Die Klauenkupplung 5 ist mit einem weiteren zylinderförmigen Abtriebsglied 1 1 verbunden. Die zweite Lamellenkupplung 4 weist einen Au ßenlamellenträger 4a auf, welcher das dritte Abtriebsglied 12 bildet. Die erste Lamellenkupplung 3 wird über einen ersten Ringkolben 13, und die zweite Lamellenkupplung 4 wird über einen zweiten Ringkolben 14 betätigt, während die Klauenkupplung 5 über mehrere auf dem Umfang des Funktionsträgers 2 angeordnete Schaltarme 15 betätigt wird. Der kombinierte Lamellen/ Klauen-Träger 9 ist mit dem Funktionsträger 2 über ein Verbindungselement 1 6 dreh fest verbunden, sodass die Antriebsseiten der drei Schaltelementen 3, 4, 5 über den Funktionsträger 2 mit der Getriebewelle 1 verbunden sind. Der Funktionsträger 2 ist somit auch Träger der Schaltelemente 3, 4, 5.
In dem Funktionsträger 2, welcher zwei miteinander verbundene Körper 2a, 2b umfasst, ist ein Absperrventil 17 angeordnet, welches die Zufuhr von Drucköl zum Druckraum 7a der Schalteinrichtung 7 kontrolliert. Zwischen einem schematisch darge-
stellten Getriebegehäuse 18 und der Getriebewelle 1 ist eine so genannte Drehölzufüh- rung 19 vorgesehen, d. h. das Drucköl wird von einem gehäusefesten Kanal 20 in eine Ringnut 21 in der Getriebewelle 1 übergeben. Von dort gelangt das Drucköl über eine Radialbohrung 22, eine Axialbohrung 23 und eine weitere Radialbohrung 24 in einen Ölkanal 25 des Funktionsträgers 2 und von dort in das Absperrventil 17. Vom Absperrventil 17 führt ein Druckölkanal 26 in den Druckraum 7a. Die Druckölzufuhr zu den weiteren Druckräumen 6a, 8a der Schalteinrichtungen 6, 8 ist teilweise gestrichelt dargestellt - die zugehörigen Absperrventile sind in dieser Schnittdarstellung nicht sichtbar, da sie in Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind. Grundsätzlich ist jede Schalteinrichtung 6, 7, 8 mit einem Absperrventil ausgestattet.
Das Absperrventil 17 wird elektrisch betätigt, im dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen Elektromotor 27, der in einer elektronischen Steuereinrichtung 28, auch Elektronikmodul 28 genannt, angeordnet ist. Das Absperrventil 17 in Verbindung mit dem Elektromotor 27 bildet einen Aktuator, auch Aktor genannt. Das Absperrventil 17 weist eine Drehspindel 17a und ein mit ihr über ein Bewegungsgewinde verbundenes Ventilschließglied 17b auf. Die Drehspindel 17a ist mit einer Hohlwelle 17c verbunden, auf welcher ein nicht mit einer Bezugszahl versehener Anker des Elektromotors 27 angeordnet ist. Die Drehspindel 17a sowie die Hohlwelle 17c unterliegen bei rotierendem Funktionsträger 2 einer Fliehkraftwirkung, welche zumindest teilweise durch den Auftrieb des Drucköls kompensiert werden kann. Die beweglichen Teile des Aktuators, d. h. die Drehspindel 17a, das Ventilschließglied 17b sowie die hohl ausgebildete Ankerwelle 17c sind daher schwimmend in Öl angeordnet. Das Elektronikmodul 28, insbesondere der Elektromotor 27 erhält seine elektrische Energie sowie seine Signale zum Schließen und Öffnen des Absperrventils 17 auf induktiver Basis: hierzu sind einerseits eine Primärspule 29 im Getriebegehäuse 18 und andererseits eine Sekundärspule 30 im Elektronikmodul 28 angeordnet. Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Elektronikmoduls 28 werden im Zusammenhang mit der Beschreibung von Fig. 3 - 7 erläutert.
Fig. 2 zeigt einen weiteren Axialschnitt durch den Funktionsträger 2 und die Schaltelemente 3, 4 (es werden für gleiche Teile gleiche Bezugszahlen wie in Fig. 1 verwendet). Am Elektronikmodul 28 ist eine berührungslose Wegmesseinrichtung 43
angeordnet, welche beispielsweise nach der Methode eines D i f f eren zi al tran sf o rm ato rs arbeitet. Die Wegmesseinrichtung 43 umfasst einen am Ringkolben 13 des Schaltelementes 3 befestigten Geberzapfen 44 und ein am Elektronikmodul 28 angeordnetes, napfartig ausgebildetes Nehmerteil 45, in welches der Geberzapfen 44 berührungslos eintaucht. Es können mehrere solcher Wegmesseinrichtungen auf dem Umfang des Elektronikmoduls 28 angeordnet werden. Ebenso können Druck- und/oder Kraftsensoren vorgesehen werden.
Fig. 3 zeigt das Elektronikmodul 28 als separate Baueinheit in perspektivischer Darstellung, wobei zwei Absperrventile, das in Fig. 1 dargestellte Absperrventil 17 sowie ein weiteres identisches Absperrventil 38 im Schnitt dargestellt sind. Das Elektronikmodul 28 weist ein ringförmig ausgebildetes Gehäuse 39 auf, welches durch einen Deckel 40, nach au ßen abgeschlossen ist. Innerhalb des Gehäuses ist der Stator des Elektromotors 27 angeordnet (es werden gleiche Bezugszahlen wie in Fig. 1 für gleiche Teile verwendet). Am Gehäuse 39 sind Anschlussstutzen 41 angeformt, über welche das Elektronikmodul 28 mit dem Körper 2a des Funktionsträgers 2 (vgl. Fig. 1 ) verbunden wird. Gleichzeitig erfolgt eine Abdichtung des Ölraumes im Körper 2a des Funktionsträgers 2 durch O-Ringe 42. In der Zeichnung sind vier Absperrventile, zwei mit den Bezugszahlen 17, 38 und zwei weitere ohne Bezugszahlen erkennbar. Insgesamt können also sechs Absperrventile auf dem Umfang des Elektronikmoduls 28 angeordnet werden. Wie bereits oben ausgeführt, laufen die Drehspindel 17a und die Hohlwelle 17c im Ölraum: sie unterliegen einerseits einer Fliehkraftwirkung und erfahren andererseits einen der Fliehkraft entgegen wirkenden Auftrieb, welcher durch das Gewicht der verdrängten Ölmenge bestimmt wird. Um eine weitgehende Kompensation der Fliehkraft- wirkung zu erreichen, ist die Ankerwelle 17c hohl ausgebildet. Zusätzlich werden bevorzugt Werkstoffe mit geringem spezifischem Gewicht verwendet, um die Fliehkraftwirkung gering zu halten. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist die Hohlwelle 17c zweifach gelagert. Anstelle des Elektromotors 27 zur Erzeugung einer Drehbewegung kann auch ein Magnet in Verbindung mit einem Ventilstößel, nach Art eines Magnetventils verwendet werden. Die translatorische Bewegung des Ventilstößels wird dann direkt auf das Schließglied übertragen. Wie bereits oben erwähnt erfolgt die Übertragung von elektrischer Energie auf induktiver Basis: hierfür ist innerhalb des Elektronikmoduls 28 im radial innen liegenden Bereich die Sekundärwicklung 30 angeordnet, welche mit der hier
nicht dargestellten Primärwicklung (vgl. Fig. 1 ) in Wirkverbindung steht. Eine Platine 57 ist auf der Seite der Anschlussstutzen 41 dargestellt. Die Platine dient der elektrischen Anbindung der Bauteile untereinander. Außerdem dient die Platine der Positionierung der Teile zueinander, insbesondere bis diese im Gehäuse vergossen sind.
Das Elektronikmodul und der Funktionsträger können auch mit weiteren Aktua- toren bestückt werden, z. B. mit elektrisch steuerbaren Kühl- und Schmierölventilen, wie sie Gegenstand einer zeitgleich von der Anmelderin eingereichten Anmeldung mit dem internen Aktenzeichen ZF 003895 ist, die vollumfänglich in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung einbezogen wird.
Fig. 4 zeigt eine Elektronikplatine 57, welche als Träger für die Station der Elektromotoren, die Sekundärspule, sowie weitere hier nicht dargestellte Elektronikbauteile dient.
Fig. 5 zeigt das Gehäuse 39 des Elektronikmoduls 38 ohne den Deckel 40. Das Gehäuse 39 weist die Form eines offenen Ringzylinders auf, der durch eine Stirnwand 39a, eine äußere Zylinderwand 39b und eine innere Zylinderwand 39c gebildet wird. An die Stirnwand 39a sind napfartig ausgebildete Aktuatorgehäuse 50 angeformt, die koaxial zu den aus der Stirnwand 39a nach außen vorstehenden Anschlussstutzen 41 angeordnet sind. Das Gehäuse 39 mit Aktuatorgehäusen 50 und Anschlussstutzen 41 ist vorzugsweise einstückig als Gussteil, insbesondere als Kunststoffspritzteii hergestellt, wobei bevorzugt durch Fasern verstärkter Kunststoff verwendet wird. Darüber hinaus kann das Gehäuse 39, insbesondere die äußere Zylinderwand 39b durch eine nicht dargestellte Bandage zur Aufnahme der Fliehkräfte verstärkt werden. Das Innere des Gehäuses 39 wird durch eine Vergussmasse, vorzugsweise einen faserverstärkten Kunststoff ausgegossen. Damit werden auch die elektronischen Komponenten im Gehäuse 39 fixiert und gehalten. Somit ist das Aktuatorgehäuse 50 gegenüber dem ringförmigen Innenraum des Gehäuses 39 abgedichtet.
Fig. 6 zeigt das Gehäuse 39, komplettiert mit der Trägerscheibe 40 gemäß Fig. 4. Die Aktuatorgehäuse 50 durchsetzen den Stator 27a des Elektromotors 27, wobei die Wandstärke im Bereich des Magnetfeldes relativ dünn ausgebildet ist. Der Ring-
räum, in dem sich die Statoren 27a befinden, ist jedoch hermetisch gegen den Innenraum der Aktuatorgehäuse 50 abgedichtet. Generell werden sämtliche elektronischen Komponenten vom Gehäuse 39 umschlossen und sind damit gegenüber den hydraulischen oder pneumatischen Druckräumen getrennt.
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung der Energie- und Signalübertragung zu und von der rotierenden elektronischen Steuereinrichtung 28, auch Elektronikmodul 28 genannt. Der rotierenden elektronischen Steuereinrichtung 28 ist ein gehäusefestes elektronisches Steuergerät 52 zugeordnet, welches über Leitungen 52a mit dem Bordnetz des Kraftfahrzeuges verbunden ist. Eine Übertragungseinrichtung zur berührungslosen Energieübertragung umfasst eine erste gehäusefeste Primärspule 53 und eine erste mit der elektronischen Steuereinrichtung 28 rotierende Sekundärspule 54. Die Primärspule 53 und die Sekundärspule 54 bilden eine erste Schnittstelle S1 zwischen Sende- und Empfangseinrichtung auf vorzugsweise induktiver Basis. Ein mitrotierender, elektromagnetisch ansteuerbarer Aktuator 55 empfängt Signale und elektrische Energie von einer als zweite Primärspule 55a ausgebildeten Sendeinrichtung, und ein ebenfalls mitrotierender Sensor 56 sendet Signale an eine Empfangseinrichtung 56a der elektronischen Steuereinrichtung 28. Somit ergibt sich eine zweite Schnittstelle S2 zwischen der elektronischen Steuereinrichtung 28 und den Aktuatoren 55 sowie den Sensoren 56. Die Energie- und Signalübertragung an den beiden Schnittstellen S1 , S2 erfolgt durch die (hier nicht dargestellte) Gehäusewand der elektronischen Steuereinrichtung 28 hindurch. Die Signal- bzw. Energieübertragungsrichtungen sind durch Pfeile P dargestellt. Der gehäusefeste Teil der gesamten Einrichtung ist mit einer Klammer A und der rotierende Teil der Einrichtung ist mit einer Klammer B gekennzeichnet.
Bezuqszeichen
Getriebewelle
Funktionsträger
a Körper
b Körper
erstes Schaltelement
a Innenlamellenträger
zweites Schaltelement
a Au ßenlamellenträger
drittes Schaltelement
Schalteinrichtung
a Druckraum
Schalteinrichtung
a Druckraum
Schalteinrichtung
a Druckraum
Lamellen/Klauen-Träger
a Au ßenlamellenträger
b Innenlamellenträger
c Klauenträger
0 Abtriebsglied
1 Abtriebsglied
2 Abtriebsglied
3 erster Ringkolben
4 zweiter Ringkolben
5 Schaltarm
6 Verbindungselement
7 Absperrventil
7a Drehspindel
7b Schließglied
7c Hohlwelle
8 Getriebegehäuse
Drehölzuführung
Ölkanal
Ringnut
Radialbohrung
Axialbohrung
Radialbohrung
Ölkanal
Ölkanal
Elektromotor
a Stator
b Rotor
elektronische Steuereinrichtung (rotierend)
Primärspule
Sekundärspule
Gehäuse (Elektronikmodul)
a Stirnwand
b äußere Zylinderwand
c innere Zylinderwand
Deckel
Anschlussstutzen
O-Ring
Wegmesseinrichtung
Weggeber (Geberzapfen)
Nehmer
Aktuatorgehäuse
elektronisches Steuergerät (gehäusefest)a Leitung
Primärspule
Sekundärspule
Aktuator
a Sendeeinrichtung
Sensor
a Empfangseinrichtung
Elektronikplatine
gehäusefester Bereich rotierender Bereich
Pfeil (Übertragungsrichtung)
Rotationsachse
erste Schnittstelle
zweite Schnittstelle
Claims
1 . Elektronische Steuereinrichtung zur Steuerung von zumindest einem rotierend angeordneten Aktuator, umfassend elektronische Komponenten wie eine Einrichtung (30; 54) zum berührungslosen Empfang von elektrischer Energie und zum berührungslosen Empfang von Signalen, eine Einrichtung (27a; 55a) zur Erzeugung von Magnetfeldern und ein gemeinsames Gehäuse (39), welches die elektronischen Komponenten (27a, 30; 54, 55a, 56a) umschließt und in sich aufnimmt, wobei die Steuereinrichtung (28) rotierfähig und zum Anbau an oder in ein um eine Rotationsachse (a) rotierendes Bauteil (2) ausgebildet ist.
2. Elektronische Steuereinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine teilweise außerhalb des Gehäuses (39) angeordnete Aktuator elektromagnetisch betätigbar ist und mit der Einrichtung (27a; 55a) zur Erzeugung von Magnetfeldern in Wirkverbindung steht.
3. Elektronische Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aktuator ein hydraulisches Ventil (17) oder ein pneumatisches Ventil umfasst.
4. Elektronische Steuereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Aktuator einen rotierenden Antrieb (27) oder einen translatorischen Antrieb umfasst.
5. Elektronische Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Bauteil als Funktionsträger (2), welcher die Aktua- toren zumindest teilweise aufnimmt, ausgebildet ist.
6. Elektronische Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (39) hohlzylinderförmige Aktuatorengehäuse (50) aufweist, die über den Umfang verteilt angeordnet sind und die Aktuatoren zumindest teilweise aufnehmen.
7. Elektronische Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (39) eine Stirnwand (39a) aufweist, die als mechanische Schnittstelle zum benachbarten Funktionsträger (2) ausgebildet ist.
8. Elektronische Steuereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnwand (39a) Anschlussstutzen (41 ) aufweist, die über den Umfang verteilt und koaxial zu den Aktuatorgehäusen (50) angeordnet sind.
9. Elektronische Steuereinrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatorgehäuse (50) jeweils einen mit Getriebeöl befüllbaren Raum bilden, der sich achsparallel zur Rotationsachse (a) in den Funktionsträger (2) erstreckt.
10. Elektronische Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass koaxial zu den Aktuatorgehäusen (50) Elektromotoren (27) mit Statoren (27a) und Rotoren (27b) angeordnet sind, wobei der Stator (27a) außerhalb und der Rotor (27b) innerhalb des hohlzylindrischen Aktuatorgehäuses (50) angeordnet sind.
1 1 . Elektronische Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass koaxial zu den Aktuatorgehäusen (50) Magnetspulen und Magnetanker angeordnet sind, wobei die Magnetspulen außerhalb und die Magnetanker innerhalb des hohlzylindrischen Aktuatorgehäuses (50) angeordnet sind.
12. Elektronische Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bewegliche Teile (17a, 17b, 17c) des Aktuators schwimmend in Getriebeöl angeordnet sind.
13. Elektronische Steuereinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Dichte der beweglichen Teile (17a, 17b, 17c) des Aktuators durch geeignete Werkstoffauswahl und/ oder geometrische Gestaltung der Dichte des Getriebeöls angenähert ist.
14. Elektronische Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Übertragung von elektrischer Energie und/ oder Signalen eine Sekundärspule (30) umfasst, welche innerhalb des Gehäuses (39) im radial inneren Bereich (39c) oder im radial äußeren Bereich (39b) angeordnet ist.
15. Elektronische Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereinrichtung (28) zumindest ein rotierend angeordneter, Signale erzeugender Sensor (43; 56) zugeordnet ist.
1 6. Elektronische Steuereinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (28) eine Einrichtung (56a) zum berührungslosen Empfang der Signale des mindestens einen Sensors (43, 56) aufweist.
17. Elektronische Steuereinrichtung nach Anspruch 15 oder 1 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Sensor eine Wegmesseinrichtung (43) umfasst.
18. Elektronische Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (39) als Ringzylinder mit einem geschlossenen Ringraum ausgebildet ist, der mit einer vorzugsweise faserverstärkten Vergussmasse ausgießbar ist.
19. Elektronische Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (39) durch eine umfangsseitig angeordnete Bandage verstärkt ist.
20. Elektronische Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (39) aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt ist.
21 . Verwendung einer elektronischen Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Getriebe für Kraftfahrzeuge.
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